Come i microrganismi che causano malattie caricano le loro piccole siringhe per preparare un attacco.

Ingurgita il microbo sbagliato e potresti finire in ospedale con un paio di aghi infilzati nel braccio, e un sacco di minuscole aghi batterici che ti pungolano dall'interno. Questo perché molti batteri che ci rendono malati utilizzano strutture microscopiche simili a siringhe per iniettare le nostre cellule con proteine che causano il caos dall'interno. Ora, i ricercatori hanno dimostrato come questi microbi caricano le loro aghi nanometriche con proteine.

Tracciando le singole proteine mentre si muovevano all'interno dei batteri vivi, è emerso che i microbi utilizzano un sistema simile a un autobus navetta per caricare le loro siringhe: le proteine navetta percorrono percorsi casuali all'interno degli interni dei microbi, afferrando il carico destinato all'iniezione lungo il percorso e lasciandolo alle siringhe, riportano gli scienziati il 3 gennaio in Nature Microbiology. Sapere come funzionano questi aghi batterici potrebbe aiutare gli scienziati a imparare come disturbarli o ad appropriarsene per applicazioni mediche, come ad esempio utilizzare aghi batterici per iniettare cellule tumorali con farmaci mirati lasciando intatta la tessuto sano.

Il trasferimento delle proteine verso la siringa è "un meccanismo molecolare davvero innovativo che non era noto prima", afferma il microbiologo Andreas Diepold dell'Istituto Max Planck per la microbiologia terrestre di Marburg, in Germania.

Sotto il microscopio, le strutture simili a siringhe, chiamate sistema di secrezione di tipo III, sembrano aghi cavi appena abbastanza larghi per far scivolare una singola proteina svolta all'interno, dice Diepold. L'intera superficie di un microbi può essere ricoperta di tali aghi, conferendo al batterio l'aspetto di un sinistro cuscinetto. Gli scienziati conoscono abbastanza bene la struttura proteica di queste aghi nanometriche. Ma "non sappiamo la domanda di base su come reclutano ciò che viene iniettato", dice.

Studi precedenti hanno suggerito che un anello di proteine alla base del sistema di secrezione, dove si attacca alla membrana cellulare batterica, potrebbe agire come una piattaforma di smistamento che afferra le proteine target e le carica nella siringa. Ma quel lavoro non è stato svolto in cellule viventi, dice la genetista microbica Kelly Hughes dell'Università dello Utah a Salt Lake City, che non è stata coinvolta nel nuovo studio.

Altri studi sulle cellule vive, compresi i recenti lavori di Diepold e dei suoi colleghi, hanno suggerito che i componenti della piattaforma di smistamento potrebbero non rimanere fissi alla base delle siringhe. Invece, potrebbero vagabondare nel miscuglio gelatinoso di fluidi, proteine e altre particelle biologiche contenute all'interno della membrana cellulare di un batterio, raccogliendo e lasciando proteine target durante il percorso, come autobus navetta.

Il nuovo studio ha messo alla prova l'idea dell'autobus navetta utilizzando la microscopia a fluorescenza per monitorare il movimento delle singole proteine della piattaforma di smistamento in Yersinia enterocolitica, un batterio dello stomaco che si nasconde nel maiale poco cotto. Le mappe dei percorsi delle proteine mostrano che esse si muovono in percorsi casuali a zigzag attraverso le cellule. E gli esperimenti con Y. enterocolitica mutanti privi di proteine iniettabili hanno rivelato che le proteine navetta si muovono più velocemente nei mutanti, senza obiettivi iniettabili a cui legarsi, le proteine navetta non vengono appesantite dal carico e possono diffondersi più velocemente attraverso le cellule. Ciò ha dimostrato che le proteine della piattaforma di smistamento non fanno solo capricci, ma raccolgono anche passeggeri lungo il tragitto.

"Quello che mi è piaciuto di questo studio è che si è svolto in vivo", cioè nelle cellule vive, dice Hughes. "Si ottengono queste immagini bellissime. E sai, un'immagine vale mille parole".

Scoprire altri dei misteri irrisolti che circondano questi aghi a microscala faciliterà il compito degli scienziati nel bloccare queste macchine o nel sperimentarle. Questo tipo di sistema di secrezione, uno dei pochi diversi tipi di aghi che i batteri hanno a disposizione, è diffuso in diverse specie di batteri, afferma Diepold, quindi sono obiettivi interessanti per nuovi tipi di farmaci antibatterici (SN: 3/30/22).

Sono anche strumenti promettenti per la medicina e la biotecnologia, afferma Hughes. Ma per quanto somiglino a siringhe mediche, le siringhe batteriche funzionano diversamente e gli scienziati non sanno ancora esattamente come i batteri spingano le proteine attraverso i loro aghi. Non è chiaro nemmeno come le proteine che riempiono le siringhe riconoscano i loro target. "Vogliamo capire l'enigma di come funzionano questi sistemi", dice Diepold. "Vogliamo capire quali soluzioni ha creato l'evoluzione per permettere ai batteri di infettarci".